3轧辊与轧辊轴承解析

⑵支持辊强度效核
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3.3.3.3 四辊轧机轧辊接触应力计算
⑴ 半径方向的法向正应力
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⑵ 在接触区切应力
τ
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图3-8 轧辊接触应力与深度关系
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3.3.4 轧辊的断裂形式与安全系数
3.3.4.1 轧辊断裂形式
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3.3.4.2 轧辊安全系数
* 影响轧辊实际强度的其它因常素: 轧辊材质的不均匀性；轧制
② 板带材轧机轧辊的辊身长度应与所轧板带材最大宽度相适应。
工作辊辊身长度可用下式确定：
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板带材轧机的辊身长度的确定，一般应和轧辊直径一起考虑。
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3.2.2.3 辊颈
辊颈直径d、辊颈长度 l 、辊颈与辊身过度圆弧半径r与轧辊轴承形式 及工作载荷有关，并应综合考虑轧辊辊颈的强度和轧辊轴承的寿命。由
轧辊强度、刚度的校核。
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3.2
轧辊的结构
图3-1 轧辊的结构 a-梅花形的辊头；b-扁头形的辊头；c-带双键形的辊头 10 1-辊身；2-辊颈；3-辊头
① 辊身
工作部分 型材轧辊-辊身上刻有各种形状的轧槽 (孔型 ) 板材轧辊-平辊或微凸、微凹型或其它较复杂的曲线 形状（辊型）。
② 辊头
传动连接或吊装部分，其形状由连接轴型式确定，
梅花型、 单键型、双键型、万向节型。
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③ 辊颈
支持固定轧辊部分，即安装轴承及轴承座部分。形
状由轴承型式确定，滑动轴承及滚动轴承为圆柱体，
液体摩擦轴承为圆锥形。辊颈、身交界处为应力集中
处应用过度圆弧连接，属于强度薄弱环节。
组合轧辊 -组合轧辊由韧性好的心轴和硬度高的辊套组成，
生产某种产品时各机架轧制压力分别为P1=170 t，P2=140 t；传 动轧辊的总扭矩分别为Mn1=19 KN.m，Mn2=16 KN.m；工作辊 辊身直径为Φ150 mm, 辊颈直径为Φ110 mm, 辊头直径为Φ100 mm，带双键槽；支持辊辊身直径为Φ450 mm，辊颈直径为 Φ250 mm；压下螺丝中心距为700 mm，工作辊辊颈中心距为 650mm。轧件宽度b=280 mm，轧辊材质为合金锻钢。忽略水平 张力的影响。试校核轧辊强度（要求画出辊系受力图、轧辊受力
时冲击负荷、温度应力的作用以及轧辊的疲劳等. 轧辊许用应力：
式中 σ b-轧辊抗拉强度。
σb σ n
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例题1
验算Φ500×3三辊型钢开坯机第一机座的下轧辊强度。 已知： 1）按轧制工艺，该辊K13、K9、K5三个道次同对走钢； 2) 各道的轧制压力:P13=1220kN，P9=1050kN， P5=767kN; 3）各道的轧制力矩：M13=107kN.m， M9=90kN.m， M5=59kN.m，忽略摩擦力矩。 4) 轧辊有关尺寸见图3-8-1所示。其中各道次的辊身工 作直径为：D13=340mm、D9=384mm、D5=425mm。 轧辊辊颈直径d=300mm，轧辊梅花头外径d1=280m, 辊颈长度为l＝300mm； 5）轧辊右侧为传动端； 51 。 6）轧辊村质为铸钢，其强度极限为σb=500～600 MPa
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② 辊面剥落
轧辊受到循环接触应力交替作用表面产生掉块形成凹
坑。
③ 折断 过大轧制压力产生的机械应力是断辊的主要原因； 铸造时的残余应力一般不至于断辊。轧制时如冷却水 足够，单纯的热应力不至于断辊，但由此产生的细小
的裂纹扩展，形成应力集中源加上一定的机械负荷作
用或断水可能致断辊。
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3.1.3 轧制生产对轧辊的要求
高速钢、半高速钢轧辊广泛应用
抗热裂性，耐磨性及红硬可大大延长轧辊寿命，提高轧材质量
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半钢轧辊
其含碳量介于介于铸钢与铸铁之间-过共析钢组织，兼有铸钢 强度、耐热龟裂性及铸铁耐磨性, 半钢轧辊是近年来出现的新型 轧辊材质。
复合式锻钢轧辊
近年来, 出现采用镶辊套的复合式锻钢轧辊, 如热轧支持辊辊 套采用8CrMoV或8Mn2MoV制作，心轴用37SiMn2MoV等材料 制作；冷轧支持辊辊套采用9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W等制作， 心轴用55CrMn、55Cr、35CrNiW等材料制作。
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23
3.3
轧辊的强度计算
① 轧辊强度效核的必要性
设计不合理，强度不合理，额定载荷下断裂； 生产中使用不当，如轧低温钢、断冷却水、压下规程不 合理造成轧制压力过大；
材质选用不合理，热处理工艺不合理，加工工艺不合理；
辊面剥落：接触应力过大、疲劳一需进行接触应力效核。
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② 轧辊强度效核的一般形式
j
式中， j -计算的危险截面应力；
b
n
n-安全系数，大或等于5，是轧钢机中最小的安全系数， 体现了轧辊铸造缺陷、温度应力、应力集中、冲击负
荷等因素的影响。
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3.3.1 型材轧机轧辊强度效核
① 型钢轧辊承受的载荷特点 宽度；
轧辊上可能承受多个集中载荷（三辊轧机交叉轧制时
称冷硬铸铁轧辊；
铸铁轧辊用上述方法，但适当提高铁水碳当量而得到麻口层组织 （基体+碳化物+石墨）的轧辊称无限冷硬铸铁轧辊。
被 误译为“无限”，现已沿用成习。）
（“无限”一词源于英文“indefinite”,原意为“不明确”，指激冷层在断开上无明显界限
采用衬砂金属型并继续提高碳当量可得粗麻口组织的轧辊，称半 冷硬铸铁轧辊。 所有上述品种的组织凡石墨称球状的，称球墨铸铁轧辊。
于受轧辊轴承径向尺寸的限制，辊颈直径比辊身直径小得多。辊颈与辊
身交界处，往往是轧辊强度薄弱处，所以只要条件允许，辊颈直径应选 大些。
3.2.2.4 辊头
辊头尺寸根据连接轴的型式确定。如万向接轴的辊头呈扁头形状。
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3.2.3 轧辊的材质选择
① 材质要求
轧辊辊面硬度高、韧性好、耐热龟裂性好，以保证抗弯强度、 接触强度所需的机械性能及轧材表面加工质量和轧辊的耐磨性能。
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钢轧辊
钢轧辊有铸钢和锻钢之分。钢轧辊的优点是强度高、韧性好、 咬入能力强。其缺点是硬度一般较铸铁轧辊低，可加入Cr、V、 Mo等合金元素。
合金锻钢
热轧轧辊：55Mn2、55Cr、60CrMnMo、60SiMnMo 冷轧轧辊：9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV 合金铸钢 随着电熔渣技术的发展，合金铸钢轧辊的质量在逐渐提高
② 类型和特点
轧辊按其材质不同可分为铸铁轧辊(2.5%—3.5% ），半钢轧辊 (含碳量1.5%以上），钢轧辊(含碳量0.8%以上）三种类型。
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铸铁轧辊
铸铁轧辊突出的优点是硬度高、耐磨性好、表面光滑、制造 方法简便、成本低。其缺点是质脆、强度低、耐冲击性能差。 工作层因金属型的激冷作用呈白口组织（基体+碳化物）的轧辊
重点与难点：
轧辊强度校核
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3.1 轧辊的工作特点及其工艺要求 3.1.1 轧辊所受载荷 ① 机械载荷
轧制压力P越大，转矩越大，则轧辊上弯曲应力、传动
辊上的扭转应力、辊面间的接触应力也越大；同时，在轧
件咬入瞬间及轧制过程中速度的变化会引起动负荷，导致
轧辊上的应力变化。
3
② 摩擦
辊身表面与轧件之间由于变形区中的前后
辊套采用热压方式套在辊心轴上。
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3.2.2 轧辊的参数
3.2.2.1 辊身直径
在轧机设计中，确定轧辊最佳直径应考虑以下几个方面的因素：
① 咬入条件
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② 轧辊的强度和刚度条件
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③ 最小可轧厚度
④热平衡条件
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3.2.2.2 辊身长度
① 对于型材轧机，辊身长度主要取决于孔型配置的数目及辊身强度
图3-6 工作辊驱动四辊板带轧机轧辊受力图及内力图 a-工作辊；b-支持辊
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⑴工作辊强度效核
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⑵ 支持辊强度效核
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3.3.3.2 支持辊驱动四辊板带轧机轧辊强度校核
图3-7-2 四辊轧机辊系受力分析图
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图3-7 工作辊、支持辊受力图及内力图 a-工作辊；b-支持辊
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⑴ 工作辊强度效核
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2）工作辊强度计算：工作辊受力如图(3)a所示． 辊身中央处承受弯矩值：
辊身中央的弯曲应力（垂直）：
工作辊承受支承辊沿全长加于其上的水平摩擦力：
辊身中央的水平弯矩：
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辊身中央的水平弯曲应力：
辊身中央的合成弯曲应力：
工作辊辊身中央弯曲应力明显超出许用值，此处为辊系中强度薄弱部位。
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作业
某400双机架冷连轧机组，轧机完全相同，工作辊驱动。已知
轧制生产对轧辊的基本要求包括工艺、寿命要求。 ① 工艺要求 表面质量及产量。 ② 寿命要求 工作时间适当—轧辊需要一定的强韧性、耐磨性、
合理的结构、尺寸、材质—以保证成品的尺寸精度、
耐热性及耐剥落性；
材质特性值—机械性能和硬度。
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总的来看，轧制生产对轧辊的基本要求可归纳为对轧辊
的结构、尺寸的确定，对轧辊材质、制造方法的选择，对
图及内力图）。
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3.4
轧辊的扰度计算
3.4.1 二辊板带轧机轧辊扰度的计算
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3.4.1.1 辊身中央断面总弯曲扰度的计算
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3.4.1.2 辊身中央与板边缘扰度差值的计算
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3.4.1.3 辊身中央与辊身边缘扰度差值的计算
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3.4.2 四辊板带轧机轧辊扰度的计算
3.4.2.1 支持辊的挠曲变形
辊强度（不考虑辊头强度校核）。
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3-8-2 轧辊尺寸结构 图
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(2) 四辊轧机辊系受力分析图
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(3) 工作辊、支持辊受力图及内力图 a-工作辊；b-支持辊